摘要：利用水射流对岩体进行预切缝是提高竖井全断面掘进机破岩效率、实现深部资源机械化开发的关键技术。针对预切缝位置及深度合理参数选取的难题,首先指出了锥面刀盘带动下滚刀破岩的工况特征,进而基于Cohesive单元方法,建立了预切缝条件下的滚刀破岩离散-连续耦合数值模型。以完整岩体为对照组,对比分析了不同预切缝距离和深度对滚刀破岩的受力特征和岩石破碎特征的影响规律。阐述了预切缝条件下,滚刀破岩时密实核形成、块状岩渣形成、Hertz裂纹扩展3个阶段性特征,指出了岩体的非对称破碎特性和不同区域岩渣的形成机制。最终从滚刀受力、破岩面积、破岩比能耗、岩渣破碎程度4个方面综合分析,确定了预切缝的最佳距离和深度取值范围。研究结果表明:预切缝可以显著减小竖井全断面掘进机滚刀破岩过程中的贯入力和侧向力。与完整岩体相比,贯入力峰值降低了44.0%~10.3%。侧向力峰值降低了35.2%~6.5%。预切缝间距及深度较小时,会限制滚刀破岩范围,同时使得破碎岩体块度更小,导致破岩比能耗增高。随着预切缝深度的增大,破岩体积先增大后趋于稳定,比能耗先减小后保持不变。最终,确定了切缝距离为70~90 mm,深度为60~80 mm时破岩效果最佳,破岩体积较无切缝时提高约1倍,破岩比能耗降低69.2%。研究结果为刀盘辅助破岩装备的设计及参数确定提供了参考。

摘要：雷管延时误差引起的同段齐发炮孔起爆时刻离散及分段爆破振动叠加效应缺乏深入研究,给非电起爆网路单响药量取值及质点峰值振动速度(particle peak vibration velocity,PPV)预报带来极大困难。考虑雷管延时误差的正态分布特性,利用概率理论分析雷管段别及延时误差对炮孔起爆时刻重叠的影响规律,构建同时起爆炮孔排数的概率计算模型(probability calculation model,PCM);研究同段齐发炮孔起爆时刻的离散效应及等效药量取值方法,创新性提出修正单响药量概念及计算方法,并将其应用到现场PPV预测。结果表明:传爆网路的延时误差累积,引起显著的分段爆破振动叠加现象,导致非电起爆网路实际单响药量大于设计值;孔外MS3传爆、孔内MS11起爆与孔外MS2传爆、孔内MS9起爆的非电网路,同时起爆炮孔排数的期望值分别为2.35和4.67;同段齐发炮孔等效药量值比该段总药量小,可利用缩比因子折算同段齐发炮孔数目计算得到。利用修正单响药量回归爆破振动速度模型拟合效果好,两项工程应用的PPV预测值与监测值间平均相对误差(absolute relative error,ARE)为5.2%和8.5%,均方误差(root mean squared error,RMSE)为0.59 cm/s和0.85 cm/s;实践中可依据同一振速模型对不同爆破次数时PPV进行预测,节约振动监测成本。

摘要：毫秒延时爆破存在同段雷管离散及分段振波叠加效应,对单响药量取值及质点峰值振速的预报带来极大困扰。设计开展毫秒延时爆破试验,建立群孔齐发爆破振速的计算模型,研究并构建炮孔数目对齐发爆破等效药量影响及其取值方法;并基于单孔爆破回归分析结果,提出修正的质点峰值振速与比例距离关系公式。结果表明,群孔齐发爆破等效药量比名义单响药量小,可利用缩比系数和折算炮孔数目进行计算,缩比系数随炮孔数目增加呈指数形式衰减;修正的质点峰值振速与比例距离公式引入的振波叠加因子可反映振波叠加对速度的影响,依据该公式计算得到的质点峰值振速预测值与实测值间平均绝对误差、平均相对误差及均方根误差分别为0.05 cm/s、9.52%、0.059 cm/s,用于现场爆破振动预测切实可行。

摘要：千米竖井硬岩全断面掘进机装备与技术是实施我国向地球深部进军重大科技战略的关键,是智能化、无人化建井的基础,同时也是建井技术发展方向.为保障竖井全断面掘进机的研制,针对国内外竖井全断面掘进机均不能适用于千米级硬岩竖井的显著特点,回顾了竖井掘进机的发展历程,进一步制定了“技术需求分析—关键技术攻关—整机装备研制—工程应用”的技术攻关路线,围绕岩性原位探识、岩石高效破碎、岩渣垂直排运、岩体稳定支护、装备精准控制等方面,分析了制约千米竖井硬岩全断面掘进机装备与技术发展的2个关键科学问题、6项关键技术难题及其研究思路,并据此提出了以破岩理论研究、高效掘进与协同支护技术研究、主体装备研制、工程应用为核心的4项研究任务.在此基础上,研制了竖井全断面掘进机--“蜀畅号”,并在沿江公路通风竖井工程中进行了试用,单班(8 h)最高进尺2.4 m.最后,提出了竖井全断面掘进机发展的战略路线和技术目标,以期推动我国机械化建井迈向安全、高效、绿色、智能的新阶段.

摘要：为深入分析岩石蠕变及中间主应力对深部高应力软岩巷道围岩稳定性及分区变形特性的影响机理,通过剖析长期荷载作用下深部巷道围岩的变形特征,揭示了基于围岩蠕变特性的深部巷道围岩四分区变形机理,并依据Druck-Prager准则及关联性流动法则考虑了中间主应力、岩体扩容及应变软化的影响,推导出巷道围岩各分区应力、变形和半径解析解.结合工程算例,通过对现场监测数据以及不同力学模型的计算结果进行对比分析,论证了本文理论的科学性,并揭示了不同强度准则和围岩参数对深部巷道围岩各分区形态的影响规律.结果表明,忽视深部巷道围岩的蠕变特性将导致初始黏聚力的取值大于实际值,从而造成围岩的理论承载能力大于实际承载能力;在[0,0.7]区间内提高中间主应力系数可有效控制围岩塑性区及破碎区范围的扩展;当初始黏聚力及内摩擦角减小时,中间主应力系数对围岩塑性区、破碎区范围及巷道变形的影响力显著提高.研究成果可为地下工程支护设计及围岩稳定性评估提供理论参考.

摘要：采用动态光弹性实验方法,研究了正入射爆炸应力波对运动裂纹的作用效果。实验得到了运动裂纹与正入射爆炸应力波作用过程的光弹等差条纹变化图,分析了正入射爆炸应力波对运动裂纹尖端动态应力强度因子和裂纹扩展速度的影响效果,以及正入射爆炸应力波对运动裂纹扩展轨迹的影响。研究表明:正入射爆炸应力波对运动裂纹扩展方向没有明显影响,但对运动裂纹尖端动态应力强度因子和裂纹扩展速度有显著时间相关性的抑制和增强作用;当正入射爆炸应力波P波前端压缩脉冲相与运动裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子会受到抑制;当正入射爆炸应力波P波尾部拉伸脉冲相和S波与运动裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子则得到显著增强。

摘要：隧道爆破中新自由面的形成影响爆炸能量的传播,能显著降低爆破振动强度。由于现场爆破过程的瞬态性及危险性,难以确定新自由面的形成时间,揭示其作用规律。为解决该问题,提出新自由面形成时间的识别方法,借助电子雷管精准起爆特性设计获取两组对比波形,一是通过现场短延时掏槽爆破试验获取受新自由面影响的实测振动波形;二是按照现场延时间隔,基于叠加理论得到不考虑新自由面影响的计算振动波形。通过希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)分别计算两组波形全时程的累积能量,分析两条累积能量曲线,以差异特征点作为新自由面形成时间。现场应用该方法确定的形成时间为43.5 ms。分析新自由面形成后能量折减率的变化过程,发现存在快速增加到最大值、持续稳定、逐渐降低3个阶段。对比分析短延时(10 ms)爆破条件下的计算振速和累积能量,确定16~19 ms为较优的掏槽孔间延时。

摘要：建立了受全水压作用直墙半圆拱斜井井壁模型,首先利用混合罚函数方法计算出不规则井壁的映射函数方程;其次利用复变函数理论,推导出井壁弹性近似解析解,并分析了无量纲化水压、井壁设计参数等因素对井壁应力和位移分布的影响;最后结合全组合方案设计给出了井壁底板曲率半径与侧墙高度比值合理取值范围.分析表明:映射函数式中ξ^(-n)系数n=4时可获得精度较高的映射效果;水压、井壁厚度、侧墙高度和底板曲率半径均对井壁受力有显著影响;侧墙高度h_0>0.8时,拱顶开始向井外变形;底板曲率半径r_(d0)<1.4后,底板全部转为受压状态;在现有井壁形状条件下,当r_(d0)/h_0=2.3~2.5且h_0<0.8时,井壁侧墙高度和底板曲率半径设计最优.

摘要：为研究不耦合偏心装药结构的爆后损伤范围与损伤程度,以有机玻璃(PMMA)为实验材料,设计爆破二维模型实验,通过数字图像处理方法,计算炮孔周围不同区域的损伤变量,并基于计盒维数理论,编写MATLAB程序计算不同区域爆生裂纹的分形维数。研究表明:①不耦合偏心装药结构的爆后损伤分布呈现显著的非对称性,损伤变量的数值关系:偏心装药耦合侧>中心不耦合装药结构>偏心装药不耦合侧。②爆生裂纹分布符合分形规律,分形维数的相对大小与损伤变量具有一致性,分形维数可准确表征爆后介质的损伤破坏。③通过回归分析与线性拟合,得到损伤变量与分形维数之间的幂函数关系,建立了相应的损伤预测模型。

摘要：高校是国家战略科技力量中的重要组成部分,应在科技人才培养、赋能创新体系、汇聚高端人才、服务经济社会高质量发展和科技自立自强中发挥关键作用。目前,我国高校面临着顶层设计能力、创新体系效能、科研队伍建设不强的问题,要在优化组织模式、管理机制、坚持人才强校和畅通转化渠道的基础上,打造一流平台、承接重大项目、组建一流团队、催生一流成果。